Номер 3, страница 188 - гдз по физике 11 класс учебник Жилко, Маркович

3. Почему фольга в экспериментах Резерфорда должна быть как можно тоньше?

3. Почему фольга в экспериментах Резерфорда должна быть как можно тоньше?

В экспериментах Эрнеста Резерфорда по рассеянию альфа-частиц на металлической фольге (чаще всего золотой) требование минимальной толщины было принципиально важным для чистоты эксперимента и правильной интерпретации его результатов. Это связано с несколькими ключевыми причинами:

• Обеспечение одиночных столкновений. Главная цель эксперимента заключалась в изучении того, как отдельный атом рассеивает альфа-частицу. Модель, которую проверял и создавал Резерфорд, описывала взаимодействие одной альфа-частицы с одним атомным ядром. Если бы фольга была толстой, она состояла бы из множества слоев атомов. В этом случае альфа-частица на своем пути могла бы испытать несколько последовательных столкновений с разными атомами. Такое многократное рассеяние привело бы к тому, что наблюдаемый угол отклонения был бы результатом суммы нескольких небольших отклонений, а не одного значительного. Это исказило бы картину и не позволило бы сделать вывод о том, что почти вся масса и весь положительный заряд атома сконцентрированы в очень малом объеме — ядре. Использование тончайшей фольги (толщиной всего в несколько сотен атомных слоев) минимизировало вероятность многократных столкновений, позволяя считать, что каждое наблюдаемое рассеяние (особенно на большие углы) было результатом одного-единственного акта взаимодействия.

• Минимизация поглощения альфа-частиц. Альфа-частицы (ядра гелия) обладают относительно невысокой проникающей способностью. При прохождении через вещество они быстро теряют энергию и могут быть полностью поглощены. Если бы фольга была толстой, большинство альфа-частиц, включая даже те, что не отклонились, просто не смогли бы пройти сквозь нее и достичь детектора (люминесцентного экрана). Это сделало бы невозможным сбор достаточной статистики, особенно для редких событий рассеяния на большие углы.

• Сохранение энергии частиц. Для корректного сравнения экспериментальных данных с теоретической формулой рассеяния Резерфорда важно было, чтобы энергия альфа-частиц в момент столкновения была известна и примерно одинакова для всех частиц. При прохождении через толстый слой вещества альфа-частицы теряли бы значительную и, что важно, разную часть своей кинетической энергии, что усложнило бы анализ данных. Тонкая фольга гарантировала, что потерями энергии можно пренебречь.

Таким образом, очень тонкая фольга была необходима для создания условий, максимально приближенных к идеализированной модели одиночного рассеяния, и для обеспечения того, чтобы альфа-частицы могли пройти сквозь мишень и быть зарегистрированными.

Ответ: Фольга в экспериментах Резерфорда должна быть как можно тоньше для того, чтобы минимизировать вероятность многократного рассеяния альфа-частиц на ядрах разных атомов и их поглощения в материале фольги. Это необходимо, чтобы каждое наблюдаемое событие рассеяния можно было с высокой точностью считать результатом одиночного столкновения, что является ключевым условием для проверки теоретической модели и получения правильных выводов о строении атома.